循环流化床锅炉空预器堵灰原因分析

2023-01-08

  太原锅炉集团有限公司官方(太原锅炉厂)技术

   目前火电厂对NOx的控制采用的主流技术分为炉内低氮燃烧技术和炉外脱硝技术,炉外脱硝技术主要有选择性还原技术(SCR)和选择性非还原技术(SNCR)2种。这两种技术虽可通过炉内燃烧控制NOx的生成,借助SCR或SNCR系统来有效控制NOx排放,但易出现逃逸率大问题,过量NH3与锅炉燃烧产生的SO3结合生成NH4HSO4,引起空预器堵灰,影响锅炉机组的安全经济运行。为抑制NH4HSO4的生成,有必要对SO3的生成机理进行分析,以寻求解决空预器堵灰的途径。


1SO3的生成机理

煤中硫一般以无机硫、有机硫和单质硫3种形态存在,其中无机硫分为硫化物和盐,占总硫份额60%~70%;有机硫分为二硫化物和硫醇等,占总硫份额30%~40%;单质硫很少。参与锅炉燃烧的是无机硫中的FeS2、有机硫和单质硫。

1.1SO2生成机理

煤燃烧产生的SO2主要来自无机硫中的FeS2、有机硫、单质硫的氧化及中间产物SO、H2S和CS2、的氧化。

FeS2在氧化氛围中生成SO2;在还原氛围中,一部分自生分解,另一部分与H2、CO作用生成FeS、H2S、和S2。有机硫在氧化氛围中生成SO2,还原氛围中生产H2S、。单质硫氧化生成SO,SO最终氧化为SO2。是CS2的中间体,最终在氧化氛围中生成SO2。

1.2SO2氧化成SO3的机理

SO2转化为SO3在炉膛内完成,SO2在高温区与氧原子作用生成SO3,火焰温度越高,氧原子浓度越高,在高温区停留时间越长,生成的SO3越多。SO3的生成还受各种因素的制约。

富燃料燃烧时,SO3的生成速率相对较小,这是由于燃烧环境抑制了SO2向SO3的转化。因此,采用低氧分级燃烧有助于减小SO3的生成量。

2锅炉空预器堵灰情况

某电厂锅炉为东方锅炉股份有限公司设计制造的DG1089/17.4-Ⅱ1型亚临界、中间再热、自然循环锅炉。脱硫方式为炉外脱硫,脱硝方式为SNCR,脱硝介质为尿素。空预器为管式空预器。2019年2号机组临修期间,发现锅炉两侧空预器积灰严重(见图1)。对积灰成分进行了化验,结果见表1所示。

由表1可以看出,位于空预器一次风上部、中部、下部积灰中的酐质量分数分别为7.046%、6.654%、16.31%,上部、中部差别不大,下部突然增大。一次风下部位于距空预器下端500~800mm,该位置NH4HSO4黏性最强。空预器一次风上部、中部、下部450℃灼烧减量分别为3.33%、36.83%、46.39%,从上到下逐渐增大。450℃正好位于NH4HSO4的分解温度范围内。

3空预器入口SO3生成的影响因素分析

为了解空预器入口SO3分布情况,分4个负荷工况对空预器入口烟气参数进行测试,具体数据见表2。在测试期间对燃煤指标进行化验,数据见表3。由表3可知,不同负荷工况下,煤中硫分基本变化不大,发热量变化很小,煤质稳定。

3.1负荷

图2和图3分别为SO2、SO3生成趋势图,由图2和图3可以看出,SO2、SO3生成量随着负荷的增大而增大。负荷由160MW升到200MW时,SO2和SO3生成速率相对较大,这可能与床温的变化有关。

3.2床温

为了更好体现SO3的生成情况,通过煤质、烟气量换算得到SO3转化率,具体见表4。

床温由895℃升到919.32℃时,SO3生成速率较大,而床温由919.32℃升到969.51℃过程中,SO3的生成速率相对较小且平稳,说明床温919.32℃是生成SO3生成速率变化的转折点。这个温度正好与有机硫的分解温度相差10℃以上,可能与炉内燃烧环境影响有关,导致有机硫的实际分解温度低于理论分解温度(930℃)。

3.3氧量

为了分析氧量对SO3转化率的影响,本次试验在310MW负荷下,保持其他参数不变,只改变氧量,观察SO3的生成情况,具体数据见表5。

从表5看出,各负荷下床温变化不大,CO体积分数变化相对较大,在氧量1.0%时,CO体积分数最大,为287.54×10-6;氧量增至1.8%时,CO体积分数为0;氧量为1.0%~1.8%时,锅炉处于富燃料燃烧;而氧量为1.8%~2.5%时,锅炉处于富氧燃烧。氧量在1.0%~1.8%时,SO3体积分数属于上升趋势;氧量在2.0%时,SO3体积分数似乎到达了最大值;氧量在2.0%~2.5%时,SO3的生成速率有微弱下降趋势,说明富燃料燃烧有助于抑制SO3生成。

3.4试验结论

通过分析机组负荷、锅炉床温、氧量对SO3生成的影响,得出以下结论:SO3的生成量随着负荷的增加而增加,但在实际运行中机组负荷受电网的影响二不可控;锅炉床温与有机硫的分解有直接关系,对SO3的生成有决定性的影响;合理的氧量可以抑制SO3的生成,运行中可以通过控制合适的氧量来降低SO3的生成,从而有效降低空预器堵灰的风险。为了保证锅炉效率及机组的安全运行,氧量要保持一定裕度。2号锅炉氧量应维持1.2%~1.5%,这样既抑制了SO3的产生,又保证了锅炉效率。


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